главная страница    словари    ГОСТЫ И ТУ    свойства металлов    производители металлов    о проекте

медь  бронза  латунь  алюминий  титан  никель  кобальт  цинк  магний  олово  свинец  медно-никелевые сплавы  вольфрам   молибден   ниобий   тантал

iv>

Физические свойства титана

Хотя физические свойства титана изучены достаточно, противоречия в экспериментальных данных весьма значительны, что связано с чистотой металла, несовершенством методов исследования, недостаточно корректной обработкой экспериментальных данных.

Экспериментально определяемая температура полиморфного превращения титана зависит не только от чистоты металла, но и скорости нагрева и колеблется в пределах 1154-1168 К (881- 895°С). Наиболее вероятное значение этой температуры — 1156+0,5 К (883°С). Температура плавления титана 1944+4 К (1671°С).

Тепловое расширение твердых тел представляют истинным, средним интегральным и средним дифференцированным коэффициентами линейного расширения (ТКЛР). Тепловое расширение поликристаллического титана описывается линейной функцией. Значения ТКЛР при температурах Т>300 К приведены в табл. 1.

Табл. 1. Тепловое расширение и плотность твердого поликристаллического титана при температуре Т>300 К. 

Т, К

α.106, К-1

γ/γ293

γ, г/см3

Т, К

α.106, К-1

 γ/γ293

γ, г/см3

300

8,64

0,9982

4,51

1160

9,89

0,9749

4,40

400

8,85

0,9972

4,50

1200

9,99

0,9735

4,39

500

9,06

0,9944

4,49

1300

10,25

0,9700

4,37

600

9,27

0,9915

4,47

1400

10,50

0,9663

4,36

700

9,48

0,9886

4,46

1500

10,75

0,9625

4,34

800

9,70

0,9855

4,44

1600

11,00

0,9586

4,32

900

9,91

0,9823

4,43

1700

11,25

0,9547

4,30

1000

10,12

0,9790

4,42

1800

11,51

0,9505

4,29

1100

10,33

0,9756

4,40

1900

11,76

0,9464

4,27

1150

10,44

0,9739

4,39

1940

11,86

0,9446

4,26

* Исходная плотность при комнатной температуре принята равной 4.51 г/см3

 

Плотность твердого титана γ понижается от 4,51 г/см3 при температуре 300 К до 4,26 г/см3 при температуре 1940 К, причем при полиморфном превращении оно возрастает на 0,15%. Среднее значение плотности жидкого титана при температуре плавления - 4, 12 г/см3 и уменьшается с повышением температуры по закону γ = 4,12-0,42*10-3 (Т-1944), г/см3. Давление насыщенного пара (p) и скорость испарения титана приведены в табл. 2. Давление pописывается уравнением:

для β-фазы: ln p = 28,819 - 56387/Т - 3,97/10-4Т, Па;

для жидкого титана при 200 - 3000 К: ln p = 27,582 - 54133/Т - 3,54/10-4, Па

Табл. 2. Давление насыщенного пара и скорость испарения титана в зависимости от температуры.

Т, К

Р, Па

G, г/(см2.с)

Т, К

Р, Па

G, г/(см2.с)

1000

6,58.10-13

6,32.10-17

1944

0,382

2,63.10-5

1100

1,13.10-10

1,03.10-14

2000

0,821

5,58.10-5

1200

7,94.10-9

6,96. 10-13

2200

9,02

5,84.10-4

1300

2,83.10-7

2,38.10-11

2400

65,4

4,05.10-3

1400

6,04.10-6

4,90.10-10

2600

344

0,0205

1500

8,52.10-5

6,68.10-9

2800

1,41.103

0,0809

1600

8,59 10-4

6,52 10-8

3000

4,77.103

0,264

1700

6,56.10-3

4,83.10-7

3200

1,37.104

0,735

1800

4,00.10-2

2,86.10-6

3400

3,46.104

1,802

1900

0,198

1,38.10-5

3600

7,85.104

3,973

 

Удельное электросопротивление нелинейно возрастает с повышением температуры, причем отклонение в сторону меньших его значений становится особенно заметным при температуре выше 625 К. При полиморфном превращении α→β электросопротивление скачкообразно уменьша­ется, причем рα / рβ = 1,097. Для криогенных температур рекомендуются значения удельного электросопротивления, приведенные в табл. 3.

Табл.3. Удельное электросопротивление, рекомендуемое для криогенных температур

Температура T, К

Удельное электросопротивление ρ*106, Ом*м

Температура T, К

Удельное электросопротивление ρ*106, Ом*м

20

0,018

70

3,8

30

0,159

80

5,3

40

0,574

90

6,7

50

1,42

100

8,3

60

2,6

 

 

 

Абсолютная термоэлектродвижущая сила (т.э.д.с.) титана при температуре ниже 100 К отрицательна, в интервале 100-750 К положительна с максимумом при температуре, близкой к 330 К. При температуре 700-750 °С т.э.д.с. титана меняет знак и остается отрицательной вплоть до тем­пературы полиморфного превращения. Переход а—>р сопровождается резким увеличением т.э.д.с. Теплопроводность титана уменьшается с повышением температуры до 600 К, затем до 1000 К остается неизменной.

 Физические свойства титана

 

 Плотность, г/см3:

α-формы при температуре, °С:

П     20 ............................................................................................................................  4,505

870 .................................................................................................................................  4,35

β - формы при температуре 900 °С...................................................................................... 4,32

Температура, °С:

плавления........................................................................................................................ 1668+/-5

кипения............................................................................................................................ 3227

Теплопроводность при температуре 20-25 °С, Вт/(м.К)........................................................... 22,065

Электропроводность при температуре ниже 0,38+/-0,01 К........................................... Сверхпроводимость

Магнитность................................................................................................................... Парамагнитен

Удельная магнитная восприимчивость при температуре 20 °С, 10-6 Г-1 ...................................  3,2+/-0,4

Скрытая теплота плавления, Дж/г   .....................................................................................   358

Скрытая теплота испарения, кДж/г  .....................................................................................   8,97

Теплота плавления,  кДж/моль ............................................................................................. 18,8

Теплота испарения, кДж/моль .............................................................................................. 422,6

Молярный объем, см³/моль ................................................................................................   10,6

Удельная теплоемкость при 20°С, кДж/(кг·°С) .....................................................................    0,54

Удельная теплопроводность при 20°С, Вт/(м·К) ....................................................................    18,85

Коэффициент линейного термического расширения при 25°С, 10-6 м/мК .................................    8,15

Удельное электросопротивление при 20°С, Ом·см·10-6 ..........................................................    45  

Цвет искры  ..................................................    Ослепительно-белый длинный насыщенный пучок искр

Группа металлов ....................................................................................    Тугоплавкий, легкий металл

 

Удельная магнитная восприимчивость χ и упругие свойства α-титана обнаруживают сильную анизотропию. При среднем значении χ при комнатной температуре 3,165.10-6 Г-1 разность ее величин вдоль и перпендикулярно оси с составляет 0,52.0-6 Г-1. Парамагнитная восприимчивость титана с понижением температуры сначала уменьшается линейно, примерно при 50К проходит через минимум, затем несколько увеличивается.

Упругие постоянные титана при комнатной температуре — 3,52-18,07 в зависимости от на­правления, фактор анизотропии — 1,33. Модуль нормальной упругости (Е) титана при комнатной температуре в зависимости от ориентировки кристаллитов и содержания примесей изменяется в широких пределах. В направлении оси с модуль Юнга Е = 146 ГПа, в перпендикулярном направлении — 106 ГПа; для нетекстурованного титана модуль Юнга Е ~ 112 ГПа, сдвига G - 41 ГПа и всестороннего сжатия К=126 ГПа, коэффициент Пуассона ν = 0,32. С повышением температуры модуль упругости титана и титановых сплавов снижается почти по линейному закону. Небольшое значение модуля упругости титана — существенный его недостаток.

Титан высокой степени чистоты ковок при обычной температуре. Применяемый в промыш­ленности технический титан содержит примеси кислорода, азота, железа, кремния и углерода, повышающие его прочность, снижающие пластичность и влияющие на температуру полиморфного превращения, которое происходит в интервале температур 865-920°С.

Химические свойства титана. Чистый титан — химически активный переходный металл, в соединениях степень окисления +4, реже +3 и +2. Титан бурно реагирует с сухими галогенами, при повышенных температурах — с атмосферными газами и водородом.

С кислородом воздуха взаимодействует при температуре выше 600°С с образованием диоксида титана. Тонкая титановая стружка при недостаточной смазке может загораться в процессе механической обработки. При достаточной концентрации кислорода в окружающей среде и повреждении оксидной пленки при ударе или трении возможно загорание металла при комнатной температуре и в сравнительно крупных кусках.

Оксидная пленка не защищает титан в жидком состоянии от дальнейшего взаимодействия с кислородом (в отличие, например, от алюминия), поэтому его плавка и сварка должны проводить­ся в вакууме, в атмосфере нейтрального газа или под флюсом. Титан нельзя плавить в тиглях из его оксида (в отличие от алюминия). Расплавленный титан реагирует почти со всеми оксидными огнеупорами, поэтому его плавят в медных водоохлаждаемых тиглях. Он обладает способностью поглощать атмосферные газы и водород, образуя хрупкие сплавы, непригодные для практического использования; при наличии активированной поверхности поглощение водорода происходит уже при комнатной температуре с небольшой скоростью, которая значительно возрастает при темпе­ратуре 400°С и выше. Растворимость водорода в титане обратима и этот газ можно удалить почти полностью отжигом в вакууме. С азотом титан реагирует при температуре выше 700°С с получе­нием нитридов типа TiN. В виде тонкого порошка или проволоки титан горит в атмосфере азота. Скорость диффузии азота и кислорода в титане значительно ниже, чем водорода. Получаемый в результате взаимодействия с этими газами слой отличается повышенной твердостью и хрупкостью и должен удаляться с поверхности титановых изделий травлением или механической обработкой. Титан энергично взаимодействует с сухими галогенами, по отношению к влажным галогенам устойчив, так как влага играет роль ингибитора.

С углеродом, бором, селеном и кремнием титан образует металлоподобные соединения, отли­чающиеся тугоплавкостью и высокой твердостью. Карбид титана TiC (температура плавления 3140°С) получают нагреванием смеси диоксида титана с сажей при температуре 1900-2000°С в атмосфере водорода; нитрид титана TiN (температура плавления 2950°С) — нагреванием порошка титана в азоте при температуре выше 700°С. Известны силициды (TiSi2, Ti5Si2, TiSi) и бориды титана (TiB, Ti2B5TiB2). При температуре 400-600°С титан поглощает водород с образованием твердых растворов и гидридов (TiH, ТН2). При сплавлении диоксида титана со щёлочами образуются соли титановых кислот мета- и ортотитанаты (Na4Ti04), а также полититанаты (Na2TiO3 и Na2Ti3O7). К титанатам относятся важнейшие минералы титана, например, ильменит FeTiO3, перовскит СаTiO3. Все титанаты малорастворимы в воде. Диоксид титана, титановые кислоты (осадки), а также титанаты растворяются в серной кислоте с образованием растворов, содержащих титанилсульфат TiOSO4. При разбавлении и нагревании растворов в результате гидролиза осаждается Н2ТiO3, из которой получают диоксид титана. При добавлении перекиси водорода в кислые растворы, содержащие соединения Ti, образуются перекисные (надтитановые) кислоты состава Н4ТiO5 и Н4ТiO8 и соответствующие им соли. Эти соединения окрашены в желтый или оранжево-красный цвет (в зависимости от концентрации титана), что используется для аналитического определения титана.